CN105539868A - 用于飞机着舰的甲板设备、机上设备、引导装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于飞机着舰的甲板设备、机上设备、引导装置及方法，该甲板设备安装在舰只甲板降落跑道上靠近下滑窗口的位置，下滑窗口是飞机在空中的预设降落位置且在该位置能接收到引导光场，引导光场中心与降落跑道所在平面具有预设角度；甲板设备包括：激光源、调制发射单元、测距单元和光场控制单元；调制发射单元，用于对激光源发出的激光进行分束和调制处理，并定向发射处理后的激光，形成引导光场；测距单元用于实时测量飞机与降落跑道的距离信息，并将距离信息发送至光场控制单元；光场控制单元用于根据距离信息动态调整引导光场的大小。实时为飞机生成激光跑道进行引导，作用距离远，设备简单，抗干扰性好，操作简便。

Description

用于飞机着舰的甲板设备、机上设备、引导装置及方法

技术领域

本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种用于飞机着舰的甲板设备、机上设备、引导装置及方法。

背景技术

目前的舰载机降落过程采用光学引导方式，该方式是从早期的人工挥动旗板引导飞机降落演变过来的，主要采用灯光和菲涅尔透镜技术，为飞机提供着舰引导信号。通常需要6人组成着舰助降小组，分别完成指挥控制着舰信号、操作照相记录系统、观察记录挂钩及起落架等工作。菲涅尔透镜助降系统由菲涅尔制式等组件、辅助指示灯组件、稳定机构、显示控制台、主控台、光学下滑坡道稳定遥控板和灯光遥控板等组成。其中辅助指示灯组件包括5个上下叠成一起的灯室，通过菲涅尔透镜和其前方的柱状透镜为飞行员提供垂向约1.7度、横向40度的光场。

但是，上述方式存在以下不足：作用距离近、设备复杂、抗干扰性不好、飞行员操作难度大、占用人员多等。针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种用于飞机着舰的甲板设备、机上设备、引导装置及方法，以至少解决现有的飞机着舰引导装置作用距离近、设备复杂、抗干扰性不好、飞行员操作难度大、占用人员多的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于飞机着舰的甲板设备，所述甲板设备安装在舰只甲板降落跑道上靠近下滑窗口的位置，其中，所述下滑窗口是飞机在空中的预设降落位置且在该位置能够接收到引导光场，所述引导光场的中心与降落跑道所在平面具有预设角度；所述甲板设备包括：激光源、调制发射单元、测距单元和光场控制单元；所述调制发射单元，连接至所述激光源、所述测距单元和所述光场控制单元，用于对所述激光源发出的激光进行分束和调制处理，并定向发射处理后的激光，形成引导光场；所述测距单元，连接至所述光场控制单元，用于实时测量飞机与所述降落跑道的距离信息，并将所述距离信息发送至所述光场控制单元；所述光场控制单元，用于根据接收的所述距离信息，动态调整引导光场的大小。

在一个实施例中，所述激光源发出的激光的波长为1.54或1.57微米。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于飞机着舰的机上设备，所述机上设备包括：光场探测单元、显示单元和姿态判断单元；所述光场探测单元，用于在飞机到达下滑窗口后，接收甲板设备发出的引导光场，并根据所述引导光场判断飞机当前下滑航迹是否正确，其中，所述下滑窗口是飞机在空中的预设降落位置且在该位置能够接收到引导光场；所述姿态判断单元，用于实时探测预设着舰位置，并判断飞机降落过程中的下滑姿态是否正确；所述显示单元，连接至所述光场探测单元和所述姿态判断单元，用于实时显示飞机下滑航迹的偏离情况和下滑姿态的偏离情况；

在一个实施例中，所述光场探测单元和所述姿态判断单元均设有自动驾驶输出端口，该端口用于连接飞机自动驾驶系统，使得所述飞机自动驾驶系统根据所述光场探测单元和所述姿态判断单元提供的信息完成无人操作情况下的自动降落。

在一个实施例中，所述光场探测单元包括：接收模块，用于接收所述引导光场；解析模块，用于解析所述引导光场，得到正确航迹信息；判断模块，用于根据所述正确航迹信息和当前下滑航迹，判断当前下滑航迹是否正确。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于飞机着舰的激光引导装置，包括：上述任一种的用于飞机着舰的甲板设备以及上述任一种的用于飞机着舰的机上设备。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于飞机着舰的激光引导方法，基于上述用于飞机着舰的激光引导装置实现，该方法包括：甲板设备对激光源发出的激光进行分束和调制处理，并定向发射处理后的激光，形成引导光场；飞机到达下滑窗口后，机上设备接收所述引导光场，并根据所述引导光场判断飞机当前下滑航迹是否正确，其中，所述下滑窗口是飞机在空中的预设降落位置且在该位置能够接收到引导光场；所述机上设备实时探测预设着舰位置，并判断飞机降落过程中的下滑姿态是否正确；所述机上设备实时显示飞机下滑航迹的偏离情况和下滑姿态的偏离情况；所述甲板设备实时测量飞机与所述降落跑道的距离信息，并根据所述距离信息动态调整引导光场的大小。

在一个实施例中，所述激光源发出的激光的波长为1.54或1.57微米。

在一个实施例中，根据所述引导光场判断飞机当前下滑航迹是否正确，包括：解析所述引导光场，得到正确航迹信息；根据所述正确航迹信息和当前下滑航迹，判断当前下滑航迹是否正确。

在一个实施例中，在所述机上设备实时显示飞机下滑航迹的偏离情况和下滑姿态的偏离情况之后，所述方法还包括：在自动驾驶的情况下，飞机自动驾驶系统根据飞机下滑航迹的偏离情况调整下滑航迹，根据下滑姿态的偏离情况调整下滑姿态，完成无人操作情况下的自动降落；在手动驾驶的情况下，根据飞行员的操作调整下滑航迹和下滑姿态，完成降落。

通过本发明的用于飞机着舰的甲板设备、机上设备、引导装置及方法，使用激光替代灯光，增大了引导距离，也避免了飞行员必须用眼睛观察甲板灯光信号；通过对激光束进行调制，精确划分了引导光场的空间分布，提高了引导信号的抗干扰性和引导精度；采用甲板测距和实时发射控制技术，实现了引导光场的自适应和甲板引导过程的自动跟随控制；机上设备探测甲板设备发出的引导光场，从中得到正确航迹信息，根据正确航迹信息判断飞机的当前下滑航迹和下滑姿态的偏离情况，根据偏离情况调整飞机航迹和姿态，实现了飞机在着舰过程中的自动精确调姿和独立显示监控，从而提高了飞机着舰的安全性和成功率。实时为飞机生成激光跑道进行引导，作用距离远，设备简单，抗干扰性好，操作简便。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明实施例的用于飞机着舰的甲板设备的结构框图；

图2是本发明实施例的飞机机身处的引导光场截面示意图；

图3是本发明实施例的用于飞机着舰的机上设备的结构框图；

图4是本发明实施例的用于飞机着舰的激光引导装置的结构框图；

图5是本发明实施例的引导光场示意图；

图6是本发明实施例的用于飞机着舰的激光引导方法的流程图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供了一种用于飞机着舰的甲板设备，安装在舰只甲板降落跑道上靠近下滑窗口的位置，其中，下滑窗口是飞机在空中的预设降落位置(即从该位置处飞机准备降落)且在该位置能够接收到引导光场。图1是本发明实施例的用于飞机着舰的甲板设备的结构框图，如图1所示，甲板设备100包括：激光源101、调制发射单元102、测距单元103和光场控制单元104。

调制发射单元102，连接至激光源101、测距单元103和光场控制单元104，用于对激光源101发出的激光进行分束和调制处理，并定向发射处理后的激光，形成引导光场。对激光进行分束，可以划分出光场；对激光进行调制，使得激光携带信息，而非仅仅是一束光。

测距单元103，连接至光场控制单元104，用于实时测量飞机与降落跑道的距离信息，并将距离信息发送至光场控制单元104。测量距离信息，既可据此判断飞机的下降速度是否符合要求，也可以根据距离信息调整引导光场。

光场控制单元104，用于根据接收的距离信息，动态调整引导光场的大小。

通过上述甲板设备，使用激光替代灯光，增大了引导距离，也避免了飞行员必须用眼睛观察甲板灯光信号；通过对激光束进行调制，精确划分了引导光场的空间分布，提高了引导信号的抗干扰性和引导精度；采用甲板测距和实时发射控制技术，实现了引导光场的自适应和甲板引导过程的自动跟随控制；通过上述引导，提高了飞机着舰的安全性和成功率。

在一个实施例中，激光源发出的激光的波长可以为1.54或1.57微米，以保证舰上人员和飞机驾驶员的眼睛安全。

在实际应用中，引导光场的中心与降落跑道所在平面维持预设角度，以能够实现引导，优选的，预设角度可以是3～5度仰角。

飞机机身处的引导光场截面示意图如图2所示，在正确航迹区域周围分布有：上偏离区、下偏离区、左偏离区和右偏离区，各偏离区与其相邻的两区之间均存在重合部分。各个区域均有预设大小，且各个区域的大小可以根据实际使用需求进行设置，例如，在对激光进行分束时，调整各个区域的大小。例如，正确航迹区域可以为6m×6m，重合部分的大小可以为3m×3m。如果引导光场太小，则对飞机起不到引导作用，需要将引导光场的截面调大；随着飞机与降落跑道的距离越来越近，需要将引导光场调小，以精确引导。

本发明实施例还提供了一种用于飞机着舰的机上设备。图3是本发明实施例的用于飞机着舰的机上设备的结构框图，如图3所示，机上设备200包括：光场探测单元201、显示单元202和姿态判断单元203。

光场探测单元201，用于在飞机到达下滑窗口后，接收甲板设备100发出的引导光场，并根据引导光场判断飞机当前下滑航迹是否正确，其中，下滑窗口是飞机在空中的预设降落位置且在该位置能够接收到引导光场。

姿态判断单元203，用于实时探测预设着舰位置，并判断飞机降落过程中的下滑姿态是否正确。

显示单元202，连接至光场探测单元201和姿态判断单元203，用于实时显示飞机下滑航迹的偏离情况和下滑姿态的偏离情况。

通过上述机上设备，探测甲板设备发出的引导光场，从中得到正确航迹信息，根据正确航迹信息判断飞机的当前下滑航迹和下滑姿态的偏离情况，根据偏离情况调整飞机航迹和姿态，从而提高了飞机着舰的安全性和成功率。

具体的，光场探测单元201可以分布于飞机机翼前侧和机身上下沿，以方便探测光场；显示单元202设置在驾驶室内；姿态判断单元203可以设置在机身或驾驶室内，只要能够无阻挡地探测预设着舰位置。

飞机的下滑姿态(例如，仰头、平飞、低头等)随着飞机与甲板平面(例如，预设着舰位置)的距离而改变，以保证飞机正确落在跑道上，而非机头或机尾先着地。

光场探测单元201和姿态判断单元203均设有自动驾驶输出端口，该端口用于连接飞机自动驾驶系统，使得飞机自动驾驶系统根据光场探测单元201和姿态判断单元203提供的信息完成无人操作情况下的自动降落。如果飞机具有自动驾驶系统，且事先已将光场探测单元201和姿态判断单元203的自动驾驶输出端口与飞机自动驾驶系统连接，飞行员就可以借助显示单元202的实时显示信息选择手动还是自动调整航迹与姿态。

在一个实施例中，光场探测单元201包括：接收模块，用于接收引导光场；解析模块，用于解析引导光场，得到正确航迹信息；判断模块，用于根据正确航迹信息和当前下滑航迹，判断当前下滑航迹是否正确。

本发明实施例还提供了一种用于飞机着舰的激光引导装置，图4是本发明实施例的用于飞机着舰的激光引导装置的结构框图，如图4所示，激光引导装置包括：上述实施例所述的甲板设备100和机上设备200。

通过上述激光引导装置，甲板实时引导、机上实时接收引导光场、机上动态显示航迹信息相结合，实现了飞机在着舰过程中的自动精确调姿和独立显示监控，从而提高了飞机着舰的安全性和成功率。

图5是本发明实施例的引导光场示意图。引导光场的中心与降落跑道所在平面的预设角度如图中角A所示。

以上所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的系统较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。当然，上述单元或模块划分只是一种示意划分，本发明并不局限于此。只要能实现本发明的目的的模块划分，均应属于本发明的保护范围。

对应于上述激光引导装置，本发明实施例还提供了一种用于飞机着舰的激光引导方法，基于上述激光引导装置实现，该方法解决问题的原理与上述激光引导装置相似，因此该方法的具体实施可以参见上述激光引导装置的实施，重复之处不再赘述。如图6所示，该方法包括如下步骤：

步骤S601，甲板设备对激光源发出的激光进行分束和调制处理，并定向发射处理后的激光，形成引导光场。

步骤S602，飞机到达下滑窗口后，机上设备接收引导光场，并根据引导光场判断飞机当前下滑航迹是否正确，其中，下滑窗口是飞机在空中的预设降落位置且在该位置能够接收到引导光场。

步骤S603，机上设备实时探测预设着舰位置，并判断飞机降落过程中的下滑姿态是否正确。

步骤S604，机上设备实时显示飞机下滑航迹的偏离情况和下滑姿态的偏离情况。

步骤S605，甲板设备实时测量飞机与降落跑道的距离信息，并根据距离信息动态调整引导光场的大小。

通过上述激光引导方法，甲板实时引导、机上实时接收引导光场、机上动态显示航迹信息相结合，在着舰过程中，飞行员可以根据偏离情况实时、动态调整飞机的下滑航迹和下滑姿态，实现了飞机在着舰过程中的自动精确调姿和独立显示监控，从而提高了飞机着舰的安全性和成功率。

在一个实施例中，激光源发出的激光的波长可以为1.54或1.57微米。

在一个实施例中，根据引导光场判断飞机当前下滑航迹是否正确，包括：解析接收到的引导光场，得到正确航迹信息；根据正确航迹信息和当前下滑航迹，判断当前下滑航迹是否正确。

在步骤S604之后，可以根据显示的信息，调整飞机的下滑航迹和下滑姿态。具体的，如果飞机具有自动驾驶系统，且事先已将光场探测单元和姿态判断单元的自动驾驶输出端口与飞机自动驾驶系统连接，飞行员就可以借助显示单元202的实时显示信息选择手动还是自动调整航迹与姿态。在自动驾驶的情况下，飞机自动驾驶系统根据飞机下滑航迹的偏离情况调整下滑航迹，根据下滑姿态的偏离情况调整下滑姿态，完成无人操作情况下的自动降落；在手动驾驶的情况下，根据飞行员的操作调整下滑航迹和下滑姿态，完成降落。

综上所述，本发明提供了一种性能更加优良的用于舰载机着舰过程的甲板设备、机上设备、激光引导装置及方法，为飞机实时生成激光跑道，提高飞机着舰的安全性和成功率，作用距离远，设备简单，抗干扰性好，操作简便。激光引导装置的工作原理如下：激光源经分束和调制后定向发射；当飞机进入下滑窗口时，机上的光场探测单元根据接收到的光场信息自动判定飞机下滑航迹的正确度，并在显示界面上显示出具体的偏离情况；与此同时，机上姿态判断单元根据探测到的预设着舰位置，实时给出飞机的下滑姿态偏离情况并显示在显示界面上，飞行员可根据显示信息选择人工或自动调整下滑航迹。在此过程中，甲板上的测距单元实时测得飞机距离信息，发送到光场控制设备，供其动态调整引导光场的大小。本发明具有如下特点或有益效果：自动引导飞机沿着正确航迹降落到舰船甲板上的预定位置；实时显示飞机着舰过程中的航迹偏离信息；实时提供飞机着舰过程中的姿态调整信息；所采用的引导激光对飞行员的眼睛是安全的；所采用的引导激光含有调制信息，抗干扰能力强；所提供的引导光场分布面积是自适应的。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于飞机着舰的甲板设备，其特征在于，所述甲板设备安装在舰只甲板降落跑道上靠近下滑窗口的位置，其中，所述下滑窗口是飞机在空中的预设降落位置且在该位置能够接收到引导光场，所述引导光场的中心与降落跑道所在平面具有预设角度；

所述甲板设备包括：激光源、调制发射单元、测距单元和光场控制单元；

所述调制发射单元，连接至所述激光源、所述测距单元和所述光场控制单元，用于对所述激光源发出的激光进行分束和调制处理，并定向发射处理后的激光，形成引导光场；

所述测距单元，连接至所述光场控制单元，用于实时测量飞机与所述降落跑道的距离信息，并将所述距离信息发送至所述光场控制单元；

所述光场控制单元，用于根据接收的所述距离信息，动态调整引导光场的大小。

2.根据权利要求1所述的用于飞机着舰的甲板设备，其特征在于，所述激光源发出的激光的波长为1.54或1.57微米。

3.一种用于飞机着舰的机上设备，其特征在于，所述机上设备包括：光场探测单元、显示单元和姿态判断单元；

所述光场探测单元，用于在飞机到达下滑窗口后，接收甲板设备发出的引导光场，并根据所述引导光场判断飞机当前下滑航迹是否正确，其中，所述下滑窗口是飞机在空中的预设降落位置且在该位置能够接收到引导光场；

所述姿态判断单元，用于实时探测预设着舰位置，并判断飞机降落过程中的下滑姿态是否正确；

所述显示单元，连接至所述光场探测单元和所述姿态判断单元，用于实时显示飞机下滑航迹的偏离情况和下滑姿态的偏离情况。

4.根据权利要求3所述的用于飞机着舰的机上设备，其特征在于，所述光场探测单元和所述姿态判断单元均设有自动驾驶输出端口，该端口用于连接飞机自动驾驶系统，使得所述飞机自动驾驶系统根据所述光场探测单元和所述姿态判断单元提供的信息完成无人操作情况下的自动降落。

5.根据权利要求3所述的用于飞机着舰的机上设备，其特征在于，所述光场探测单元包括：

接收模块，用于接收所述引导光场；

解析模块，用于解析所述引导光场，得到正确航迹信息；

判断模块，用于根据所述正确航迹信息和当前下滑航迹，判断当前下滑航迹是否正确。

6.一种用于飞机着舰的激光引导装置，其特征在于，包括：权利要求1至2中任一项所述的用于飞机着舰的甲板设备以及权利要求3至5中任一项所述的用于飞机着舰的机上设备。

7.一种用于飞机着舰的激光引导方法，基于权利要求6所述的用于飞机着舰的激光引导装置实现，其特征在于，所述方法包括：

甲板设备对激光源发出的激光进行分束和调制处理，并定向发射处理后的激光，形成引导光场；

飞机到达下滑窗口后，机上设备接收所述引导光场，并根据所述引导光场判断飞机当前下滑航迹是否正确，其中，所述下滑窗口是飞机在空中的预设降落位置且在该位置能够接收到引导光场；

所述机上设备实时探测预设着舰位置，并判断飞机降落过程中的下滑姿态是否正确；

所述机上设备实时显示飞机下滑航迹的偏离情况和下滑姿态的偏离情况；

所述甲板设备实时测量飞机与所述降落跑道的距离信息，并根据所述距离信息动态调整引导光场的大小。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述激光源发出的激光的波长为1.54或1.57微米。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述引导光场判断飞机当前下滑航迹是否正确，包括：

解析所述引导光场，得到正确航迹信息；

根据所述正确航迹信息和当前下滑航迹，判断当前下滑航迹是否正确。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述机上设备实时显示飞机下滑航迹的偏离情况和下滑姿态的偏离情况之后，所述方法还包括：

在自动驾驶的情况下，飞机自动驾驶系统根据飞机下滑航迹的偏离情况调整下滑航迹，根据下滑姿态的偏离情况调整下滑姿态，完成无人操作情况下的自动降落；

在手动驾驶的情况下，根据飞行员的操作调整下滑航迹和下滑姿态，完成降落。